RU2130159C1

RU2130159C1 - Bullet-proof panel used in armor protection

Info

Publication number: RU2130159C1
Application number: RU97112731/02A
Authority: RU
Inventors: А.С. Андреев; С.Б. Осипенко; С.Т. Славинский; О.А. Лаврова; М.Ю. Смирнов; Г.А. Новикова; Г.П. Зайцев
Priority date: 1997-07-24
Filing date: 1997-07-24
Publication date: 1999-05-10

Abstract

FIELD: protection of man against hitting with bullet, fragment or any other flying object. SUBSTANCE: proposed bullet-proof panel used in armor protection includes shell and ceramic plate put on laminated base. It additionally has interlayer made on base of shrinking cloth and binder or from hardened elastomer substance deformed elastically. Ceramic plate can be put into interlayer in state of omnidirectional compression having value of 6- 18% of breaking stress of ceramic in process of tension. EFFECT: increased resistance to bullets of armor jackets and other armor protection means and their prolonged service life. 1 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к средствам бронезащиты и может быть использовано для защиты человека от поражения пулей, осколком или иным движущимся предметом. The invention relates to means of armor protection and can be used to protect a person from being hit by a bullet, fragment or other moving object.

Известна пулезащитная конструкция, в частности бронежилет, содержащий множество слоев из высокопрочных при работе на растяжение волокон, часть из которых залита пластичным связующим веществом, например полиэтиленом /1/. В конструкции имеются также пластины из поликарбоната или пенопласта, расположенные вблизи задней поверхности бронежилета и предназначенные для поглощения и рассеивания энергии удара. Known bulletproof design, in particular a bulletproof vest, containing many layers of high strength when working in tensile fibers, some of which are filled with a plastic binder, for example polyethylene / 1 /. The design also has polycarbonate or foam plates located near the rear surface of the bulletproof vest and designed to absorb and disperse impact energy.

Данная конструкция недостаточно надежно защищает человека от прямого удара бронебойных или зажигательных пуль с близкого расстояния (5-10 м) при скорости пули до 900 м/с. This design does not reliably protect a person from a direct impact of armor-piercing or incendiary bullets at close range (5-10 m) at a bullet speed of up to 900 m / s.

Указанного недостатка практически лишен известный бронированный элемент /2/, в котором в качестве одного из слоев используется керамическая плитка из карбида бора, установленная на слоистом основании из высокомодульного органического материала, пропитанного смолой и покрывающего боковую поверхность плитки. Конструкция покрыта сверху слоем из пластического полимера, такого как полиэтилен, вытянутого вдоль всей поверхности полуобработанного изделия. Внешний листовой кожух также состоит из высокомодульного органического материала, выполненного при помощи перекрещивающейся намотки последнего и пропитанного эпоксидной смолой. Между керамической плиткой и основанием расположен поглощающий удары слой из металлизированной резины. Механическая прочность основания повышает прочность внешнего кожуха. The aforementioned drawback is practically deprived of the known armored element / 2 /, in which boron carbide ceramic tile installed on a layered base of high modulus organic material impregnated with resin and covering the side surface of the tile is used as one of the layers. The structure is coated on top with a layer of plastic polymer, such as polyethylene, stretched along the entire surface of the semi-finished product. The outer sheet casing also consists of a high modulus organic material made by cross winding the latter and impregnated with epoxy. A shock absorbing layer of metallized rubber is located between the ceramic tile and the base. The mechanical strength of the base increases the strength of the outer casing.

Использование керамической плитки из такого прочного и твердого вещества, как карбид бора и других, указанных выше материалов, позволяет существенно повысить пулестойкость бронежилета при поверхностной плотности элементов не боле 32 кг/м² и толщине их 17...17,5 мм.The use of ceramic tiles made of such a strong and solid substance as boron carbide and the other materials mentioned above can significantly increase the bulletproofness of body armor with a surface density of elements not more than 32 kg / m ² and their thickness 17 ... 17.5 mm.

Тем не менее армии необходимы еще более пулестойкие бронежилеты, способные защитить от поражения бойца, например, тяжелой пулей снайперской винтовки (масса 10,4 г), летящей с начальной скоростью 820 м/с. Кроме того, в нынешних тяжелых экономических условиях желательно иметь надежные и относительно дешевые бронежилеты, в то время как керамика из карбида бора является дорогостоящим материалом, и бронежилеты на ее основе могут быть использованы только для оснащения небольших элитных подразделений (ударных групп), а не для массового изготовления защитных средств. Nevertheless, the army needs even more bulletproof bulletproof vests that can protect against the defeat of a fighter, for example, with a heavy bullet of a sniper rifle (weight 10.4 g) flying at an initial speed of 820 m / s. In addition, in the current difficult economic conditions, it is desirable to have reliable and relatively cheap body armor, while boron carbide ceramics are an expensive material, and body armor based on it can only be used to equip small elite units (shock groups), and not for mass production of protective equipment.

Более жесткие требования в настоящее время выдвигаются и по части живучести бронежилетов, способности их выдерживать автоматные очереди и бинарные выстрелы. More stringent requirements are currently being put forward regarding the survivability of body armor, their ability to withstand automatic bursts and binary shots.

Предлагаемая авторами конструкция пулезащитной панели позволяет решить задачу повышения пулестойкости и живучести средств бронезащиты, в частности бронежилета, используя для этих целей относительно недорогие материалы. Пулезащитная панель содержит оболочку и керамическую плитку, расположенную на слоистом основании. Кроме того, она дополнительно содержит промежуточный слой. The design of the bulletproof panel proposed by the authors allows us to solve the problem of increasing the bullet resistance and survivability of armor protection equipment, in particular body armor, using relatively inexpensive materials for these purposes. Bulletproof panel contains a shell and ceramic tile located on a layered base. In addition, it further comprises an intermediate layer.

Технический результат (эффект) достигается тем, что керамическая плитка, принимающая основную часть кинетической энергии пули, размещена в промежуточном слое панели и находится там в состоянии всестороннего сжатия на величину от 6 до 18% от разрушающего напряжения материала керамики при растяжении. The technical result (effect) is achieved by the fact that the ceramic tile, which receives the bulk of the kinetic energy of the bullet, is placed in the intermediate layer of the panel and is there in a state of comprehensive compression by 6 to 18% of the tensile stress of the ceramic material.

При этом промежуточный слой выполнен на основе усадочной ткани и связующего вещества, способного давать усадку при отверждении или из упруго деформированного отвержденного эластомерного вещества, напряжение сжатия, в котором создают на этапе сборки путем прессования. In this case, the intermediate layer is made on the basis of a shrink fabric and a binder capable of shrinking during curing or from an elastically deformed cured elastomeric substance, the compression stress in which it is created at the assembly stage by pressing.

Напряжение всестороннего сжатия, под которым находится керамическая плитка в промежуточном слое, создает дополнительный потенциальный энергетический барьер, препятствующий разрушению керамики под действием растягивающих сил при ударе пули. The compression stress, under which the ceramic tile is located in the intermediate layer, creates an additional potential energy barrier that prevents the destruction of ceramics under the action of tensile forces upon impact of a bullet.

Нижняя граница сжатия, равная 6% от разрушающего напряжения керамики при растяжении, представляет собой ту максимальную величину, которая может быть получена только за счет усадки материала промежуточного слоя заданной толщины. Верхний предел - это максимальное сжатие, которое достигается упругой деформацией отвержденного эластомерного материала, но при этом толщина промежуточного слоя оболочечных слоев панели, а также бронежилета в целом и его вес не превышают допустимых величин, при которых возможно выполнение нормативов и боевой задачи военнослужащим со средними физическими данными. The lower limit of compression, equal to 6% of the breaking stress of ceramics under tension, is the maximum value that can only be obtained by shrinking the material of the intermediate layer of a given thickness. The upper limit is the maximum compression achieved by elastic deformation of the cured elastomeric material, but the thickness of the intermediate layer of the shell layers of the panel, as well as the body armor as a whole and its weight do not exceed the allowable values at which it is possible to fulfill standards and combat tasks for military personnel with average physical data.

На чертеже схематично представлена пулезащитная панель для средств бронезащиты, где позициями обозначены следующие элементы: 1 - оболочка, 2 - керамическая плитка, 3 - промежуточный слой, 4 - основание. The drawing schematically shows a bulletproof panel for armor protection, where the positions denote the following elements: 1 - shell, 2 - ceramic tile, 3 - intermediate layer, 4 - base.

Оболочечные слои 1 выполнены из композиционного материала на основе ткани из волокна СВМ, а также терлона или кевлара и полимерного связующего, например эпоксидного эпоксифенольного или эластомерного (ЭДТ-10, ЭНФБ, СКУПФЛ). Плитка 2 представляет собой керамическую броневую плитку марки Б6, Б11 или АТМ (все на основе корунда. Могут быть использованы и другие материалы для изготовления плитки, в том числе и карбид бора или карбид кремния. The shell layers 1 are made of a composite material based on fabric from CBM fiber, as well as Terlon or Kevlar and a polymer binder, for example, epoxy epoxyphenol or elastomeric (EDT-10, ENFB, SKUPFL). Tile 2 is a ceramic armor tile brand B6, B11 or ATM (all based on corundum. Other materials for the manufacture of tiles can be used, including boron carbide or silicon carbide.

Поперечные размеры плитки 50/50 мм, толщина от 7 до 9 мм. The transverse dimensions of the tile are 50/50 mm, the thickness is from 7 to 9 mm.

Промежуточный слой 3, создающий напряжение сжатия вокруг плитки 2, состоит из композита на основе усадочной ткани, например полиэфирной (поверхностная плотность 10. . .130 г/м²), и связующего марки ЭНФБ. Слой 3 может быть выполнен также и из упруго деформированного отвержденного эластомерного вещества, например синтетического каучука уретанового пленкообразующего марки СКУПФЛ, напряжение сжатия в котором создается при сборке путем прессования в форме под давлением 50 - 100 кг/см². При этом заданная упругая деформация слоя обеспечивает напряжение сжатия плитки до 18% при условии замкнутости корпуса.The intermediate layer 3, which creates a compressive stress around the tile 2, consists of a composite based on shrink fabric, for example polyester (surface density 10. ... 130 g / m ² ), and a binder grade ENPB. Layer 3 can also be made of an elastically deformed cured elastomeric substance, for example, synthetic rubber urethane film-forming grade SKUPFL, the compression stress of which is created during assembly by pressing in a mold under a pressure of 50-100 kg / cm ² . In this case, the specified elastic deformation of the layer provides a compression stress of the tile up to 18%, provided the enclosure is closed.

Напряжение сжатия может быть заранее протарировано с помощью тензодатчиков, предварительно наклеенных на поверхность плитки, или измерено методом дифракции поляризованного рентгеновского излучения. The compression stress can be pre-tared using strain gauges pre-glued to the surface of the tile, or measured by the diffraction method of polarized x-ray radiation.

Форма пулезащитной панели может быть выбрана в соответствии с конкретной конфигурацией и топографией участка тела или другого защищаемого объекта. При этом панель может иметь плоскую, цилиндрическую, сферическую и др. формы. The shape of the bulletproof panel can be selected in accordance with the specific configuration and topography of the body part or other protected object. In this case, the panel may have a flat, cylindrical, spherical, and other shapes.

Основание 4 имеет толщину 7...9 мм и состоит из композита на основе нескольких (3...4) слоев ткани СВМ и связующего вещества ЭДТ-10 или того же СКУ ПФЛ. The base 4 has a thickness of 7 ... 9 mm and consists of a composite based on several (3 ... 4) layers of CBM fabric and a binder EDT-10 or the same SKU PFL.

При описании процесса взаимодействия пулезащитной панели с летящим поражающим телом целесообразно рассмотреть только случай ее непробития. When describing the process of interaction of a bulletproof panel with a flying striking body, it is advisable to consider only the case of its non-penetration.

В случае попадания в средство бронезащиты, например бронежилет, пули с высокой кинетической энергией (масса от 3,4 г до 10,4 г, скорость 700...900 м/с) в нем происходит поэтапное поглощение энергии. Часть кинетической энергии пули затрачивается на раскол керамики 2 и превращение в потенциальную энергию свободной поверхности фрагментов керамики. Соответственно, чем выше фрагментация керамики, тем эффективнее рассеивается кинетическая энергия пули. Напряжение всестороннего сжатия, под которым находится керамическая плитка 2 в промежуточном слое 3 до удара, создает дополнительный потенциальный барьер, препятствующий разрушению керамического элемента под действием растягивающих (расклинивающих) сил. If bullet with high kinetic energy (mass from 3.4 g to 10.4 g, speed 700 ... 900 m / s) gets into a means of armor protection, for example a bulletproof vest, it gradually absorbs energy. Part of the kinetic energy of the bullet is spent on breaking ceramic 2 and transforming the free surface of ceramic fragments into potential energy. Accordingly, the higher the fragmentation of ceramics, the more efficiently the kinetic energy of the bullet is dissipated. Compressive stress, under which there is ceramic tile 2 in the intermediate layer 3 before impact, creates an additional potential barrier that prevents the destruction of the ceramic element under the action of tensile (wedging) forces.

Далее поток фрагментов пули и керамической плитки передает свою кинетическую энергию основанию 4, где и поглощается неупругой и упругой составляющими деформации композита основания. Further, the flow of bullet fragments and ceramic tiles transfers their kinetic energy to the base 4, where it is absorbed by the inelastic and elastic components of the deformation of the composite base.

При этом в пулезащитной панели имеют место волновые процессы в виде многократного прохождения ударной волны через границы раздела керамики - промежуточный слой - основа, которые существенно влияют на живучесть бронежилета. Во-первых, волна затухает, что положительно, но, во-первых, из-за колебаний происходит нарушение монолитности системы в целом. At the same time, wave processes take place in the bulletproof panel in the form of multiple passage of a shock wave through the ceramics - intermediate layer - base interfaces, which significantly affect the survivability of body armor. Firstly, the wave attenuates, which is positive, but, firstly, due to fluctuations, the integrity of the system as a whole is violated.

Заложенное на этапе изготовления напряжение всестороннего сжатия керамической плитки 2 препятствует увеличению расстояния между краями образующихся трещин в местах, удаленных непосредственно от точки попадания пули, а также возникновению зазоров между керамической плиткой 2, промежуточным слоем 3 и основанием 4 в результате деформации последнего и многократного прохождения ударной волны по всем слоям панели. The stress of comprehensive compression of the ceramic tile 2, laid down at the manufacturing stage, prevents the distance between the edges of the resulting cracks from growing directly from the bullet’s point of contact, as well as the gaps between the ceramic tile 2, the intermediate layer 3 and the base 4 as a result of deformation of the last and repeated passage of the shock waves across all panel layers.

Тем самым повышается живучесть средства бронезащиты, способного выдерживать до 2 - 3 попаданий пули на 1 квадратный дециметр поверхности. This increases the survivability of armor, capable of withstanding up to 2 to 3 bullet hits per 1 square decimeter of the surface.

В таблице приведены результаты испытаний пулезащитной панели на основе керамической плитки Б6 с промежуточным слоем из эластомерного материала марки СКУ ПФЛ и основания из ткани СВМ (общая толщина панели 19 мм, сжатие плитки в промежуточном слое составляет 12% от разрушающего напряжения керамики при растяжении) различными видами стрелкового оружия и боеприпасов при условии 100% непробития панели. The table shows the test results of a bulletproof panel based on B6 ceramic tiles with an intermediate layer of SKU PFL elastomeric material and a base made of SVM fabric (total panel thickness 19 mm, tile compression in the intermediate layer is 12% of the tensile stress of ceramics under tension) of various types small arms and ammunition, subject to 100% non-penetration of the panel.

Указанные показатели стойкости и живучести (2...3 попадания/дм²) сохраняются и после падения пулезащитной панели в составе бронежилета, надетого на манекен массой 90 кг, плашмя на бетонные плиты с высоты 2 м.The indicated indicators of durability and survivability (2 ... 3 hits / dm ² ) are preserved even after the bulletproof panel falls as part of a body armor worn on a mannequin weighing 90 kg, flat on concrete slabs from a height of 2 m.

Источники информации:
1. Бронежилет. Заявка Великобритании N 2258389, МКИ F 41 H 1/02, 1993 г.Sources of information:
1. Body armor. UK application N 2258389, MKI F 41 H 1/02, 1993

2. Бронированный элемент и способ его изготовления (прототип). 2. Armored element and method of its manufacture (prototype).

3. Международная заявка N 9510751 (PCT 00246), МКИ F 41 H 5/04, 1996 г. ("Изобретения стран мира", N 4, 1996 г., Выпуск 080, с. 25). 3. International application N 9510751 (PCT 00246), MKI F 41 H 5/04, 1996 ("Inventions of the world", N 4, 1996, Issue 080, p. 25).

Claims

A bulletproof panel for armor protection equipment, comprising a shell and a ceramic plate located on a layered base, characterized in that it further comprises an intermediate layer made on the basis of shrink fabric and using either an elastically deformed cured elastomeric substance, and the ceramic tile is placed in the intermediate layer in a state of comprehensive compression of 6-18% of the breaking stress of ceramics under tension.